(57)【要約】【課題】  メモリー効果の抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  基板１０上にバッファ層１１、チャネル層１２、スペーサ層１３、電子供給層１４、コンタクト層１５を順次成長させた後、その基板１０を気相成長装置から取り出し、他の気相成長装置でコンタクト層１５上にノンアロイコンタクト層１６を別途成長させてメモリー効果の影響を排除するようにしたものでる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された基板上にドーパント原料、III 族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給して半導体装置を製造する方法において、最上層に形成するノンアロイコンタクト層のみ別成長させて製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ノンアロイコンタクト層を成長させる際に、気相成長装置から基板を取り出し、他の気相成長装置で成長させる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
ノンアロイコンタクト層を成長させる際に、ダミーデポを成長させた後、ノンアロイコンタクト層を成長させる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板上にバッファ層、チャネル層、電子供給層、コンタクト層を順次成長させた後、その基板を気相成長装置から取り出し、他の気相成長装置でコンタクト層上にノンアロイコンタクト層を別途成長することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノンアロイコンタクト層を有する半導体装置（高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等）の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などの化合物半導体はシリコン（Ｓｉ）に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。代表例として、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が挙げられる。ＨＥＭＴは、携帯電話送信用等マイクロ波通信の増幅器およびスイッチ用素子として広く用いられている。
【０００３】
ＨＥＭＴのおおまかな構造を図１に示す。
【０００４】
ＨＥＭＴは、基板１０上に、バッファ層１１、チャネル層１２、スペーサ層１３、電子供給層１４、コンタクト層１５、ノンアロイコンタクト層１６を順次結晶成長させて作製される。
【０００５】
ノンアロイコンタクト層１６およびコンタクト層１５は電極を形成するための層である。電子供給層１４はｎ型不純物がドーピングされており自由電子を発生させる。チャネル層１２は発生した自由電子が流れる層である。スペーサ層１３はイオン散乱を防止する働きがある。バッファ層１１は基板１０表面の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ働きがあり、またチャネル層１２のリーク電流を抑える役目を持つ。基板１０は単結晶成長するための下地である。
【０００６】
ＨＥＭＴエピタキシャルウェハの構造例を表１に示した。結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エピタキシャル層名称のｎ−，ｉ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型，半絶縁性であることを表している。ｎ+−はエピタキシャル層がキャリア濃度の高いｎ型であることを表している。厚さの単位はｎｍ（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位はｃｍ-3である。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
表１に示したＨＥＭＴエピタキシャルウェハの成長方法を以下に述べる。
【０００９】
エピタキシャル層を成長させる基板をサセプタと呼ばれる基板保持具にセットし、成長炉内で加熱する。成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層を成長する。
【００１０】
このＨＥＭＴエピタキシャルウェハは、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、ＧａＡｓからなる基板１０上にバッファ層１１として、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3以下）、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０16ｃｍ-3以下）、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3以下）、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０16ｃｍ-3以下）を順次形成し、チャネル層１２として、ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ（厚さ２０ｎｍ）を形成し、その上にスペーサ層１３として、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ２ｎｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3以下）、電子供給層１４として、ｎ+−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）、さらにその上にコンタクト層１５としてｎ+−ＧａＡｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）、ノンアロイコンタクト層１６として、ｎ+−ＩｎＧａＡｓ（厚さ５０ｎｍ、キャリア濃度４×１０19ｃｍ-3）を形成して作製する。
【００１１】
原料としてｉ−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ原料のトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）とＡｓ原料のアルシン（ＡｓＨ3 ）を基板に供給する。なお、Ｇａ原料として他にトリエチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3 ）がある。Ａｓ原料として他にトリメチル砒素（Ａｓ（ＣＨ3）3 ）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）がある。
【００１２】
ｉ−Ａl0.28Ｇａ0.72Ａｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3  、及びＡｌ原料のトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）を基板に供給する。なお、Ａｌ原料として他にトリエチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3 ）がある。
【００１３】
ｎ+−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3 、ＡｓＨ3 及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやセレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）がある。Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）がある。Ｓｅ原料としてはセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）がある。Ｔｅの原料としてジエチルテルル（ＤＥＴｅ）がある。
【００１４】
ｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓを成長する場合は、トリエチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2））、ＡｓＨ3 、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）およびｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやＳｅ、Ｔｅがある。Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6）がある。Ｓｅ原料としてはセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）がある。Ｔｅの原料としてジエチルテルル（ＤＥＴｅ）がある。
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−９１２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
表１のような構造のＨＥＭＴを作製した場合、ノンアロイコンタクト層は、ｎ型ドーパントのメモリー効果が問題となる。メモリー効果の発生により基板とエピタキシャル層との界面（以下、Ｅｐｉ／Ｓｕｂ界面という）に存在するｎ型ドーパントの影響でリーク電流が発生してしまう。
【００１７】
すなわち、ノンアロイコンタクト層のｎ型ドーパントは、高濃度にドーピングするためにＨ2 Ｓｅを用いており、これが配管や反応炉内に残留し、連続成長していくと、残留Ｈ2 Ｓｅにより、次成長時に、他のエピタキシャル層にｎ型ドーパントとして追加され電気的特性に影響を及ぼしてしまう。
【００１８】
本発明の目的は、メモリー効果を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、加熱された基板上にドーパント原料、III 族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給して半導体装置を製造する方法において、最上層に形成するノンアロイコンタクト層のみ別成長させて製造するようにした半導体装置の製造方法である。
【００２０】
ここで製造される半導体装置とは、ノンアロイコンタクト層を有する半導体装置であり、例えば、ＨＥＭＴ等がある。
【００２１】
請求項２の発明は、ノンアロイコンタクト層を成長させる際に、気相成長装置から基板を取り出し、他の気相成長装置で成長させる請求項１記載の半導体装置の製造方法である。
【００２２】
請求項３の発明は、ノンアロイコンタクト層を成長させる際に、ダミーデポを成長させた後、ノンアロイコンタクト層を成長させる請求項１記載の半導体装置の製造方法である。
【００２３】
請求項４の発明は、基板上にバッファ層、チャネル層、電子供給層、コンタクト層を順次成長させた後、その基板を気相成長装置から取り出し、他の気相成長装置でコンタクト層上にノンアロイコンタクト層を別途成長するようにした半導体装置の製造方法である。
【００２４】
本発明では、上述した表１のようなＨＥＭＴ構造でコンタクト層まで連続成長し、その後に一旦、エピタキシャル層が成長された基板を取り出し、後でノンアロイコンタクト層のみエピタキシャル成長することによりｎ型ドーパントのメモリー効果を影響を排除し、リークを防止させるようにしたものであり、これによりリーク電流が低減される。
【００２５】
ノンロイコンタクト層付きのＨＥＭＴは、最表層に高濃度のｎ+−ＩｎＧａＡｓ層を成長する。ノンアロイコンタクト層成長後は、気相成長装置内にｎ型ドーパントが残留し、それが基板上に付着するとエピタキシャル層成長時に拡散する。これがメモリー効果となる。
【００２６】
そこでコンタクト層まで成長後、基板を別の気相成長装置に切り替えるか、または同じ気相成長装置においてダミーデポ後にノンアロイコンタクト層のみ成長することによりメモリー効果の低減が期待できる。
【発明の効果】
【００２７】
ノンアロイコンタクト層を別の気相成長装置で成長することにより、リーク電流を最小限にすることができる。また、高効率化により省エネルギーなどの効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。
【００２９】
先ず、本発明の半導体装置として、ＨＥＭＴを例に、その構造例を図１と表１により説明する。
【００３０】
先ず、ＨＥＭＴエピタキシャルウェハは、ＭＯＶＰＥ法により、ＧａＡｓからなる基板１０上にバッファ層１１として、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3以下）、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０16ｃｍ-3以下）、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3以下）、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度１×１０16ｃｍ-3以下）を順次形成し、チャネル層１２として、ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ（厚さ２０ｎｍ）を形成し、その上にスペーサ層１３として、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ２ｎｍ、キャリア濃度１×１０15ｃｍ-3以下）、電子供給層１４として、ｎ+−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）、さらにその上にコンタクト層１５としてｎ+−ＧａＡｓ（厚さ１００ｎｍ、キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）、ノンアロイコンタクト層１６として、ｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ（厚さ５０ｎｍ、キャリア濃度４×１０19ｃｍ-3）を形成して作製される。
【００３１】
本発明においては、コンタクト層１５まで成長後、ノンアロイコンタクト層１６を形成する際に、気相成長装置からウェハを取り出して別の気相成長装置で成長させるようにしたものである。
【００３２】
また、同一の気相成長装置を用いて成長する場合には、ダミーデポ後にノンアロイコンタクト層１６のみを成長させるようにしたものである。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００３４】
成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は７０Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素である。
【００３５】
基板１０には、ＧａＡｓからなる基板を用いた。ｉ−ＧａＡｓ層（バッファ層１１）の成長にはＧａ（ＣＨ3）3とＡｓＨ3 を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は１２．６４ｃｍ3 ／分である。ＡｓＨ3 の流量は２５５ｃｍ3 ／分である。ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ層（バッファ層１１）の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3 を使用した。それらの流量はそれぞれ５．２３ｃｍ3 ／分、０．８１ｃｍ3 ／分及び５５４ｃｍ3 ／分である。
【００３６】
ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層（チャネル層１２）の成長にはＧａ（ＣＨ3）3とＩｎ（ＣＨ3）3およびＡｓＨ3 を使用した。それらの流量はそれぞれ２０．５ｃｍ3 ／分、３１０ｃｍ3 ／分及び１０２０ｃｍ3 ／分である。
【００３７】
スペーサ層１３を構成するｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓは、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（バッファ層１１）の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3 に加えて酸素を加えた。ドーピングする酸素の濃度は１×１０14〜１０16ｃｍ-3の範囲とした。
【００３８】
電流供給層１４を構成するｎ+−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ層の成長には、ｉ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（バッファ層１１）の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3 に加えてＳｉ2Ｈ6使用した。Ｓｉ2Ｈ6の流量は２３０ｃｍ3 ／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の場合と同じである。
【００３９】
コンタクト層１５を構成するｎ+−ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3 に加えてＳｉ2Ｈ6を用いた。Ｓｉ2Ｈ6の流量は４０８３ｃｍ3 ／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の場合と同じである。
【００４０】
ノンアロイコンタクト層１６を構成するｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）とＩｎ（ＣＨ3）3およびＡｓＨ3、Ｈ2Ｓｅを使用した。それぞれの流量は１５０ｃｍ3 ／分、３００ｃｍ3 ／分及び１２０ｃｍ3 ／分、２００ｃｍ3 ／分である。
【００４１】
上記条件で成長したＨＥＭＴについてのキャリアプロファイルを図２および図３に示す。
【００４２】
図３はすべて同じ気相成長装置でエピタキシヤル成長したもの（比較例）、図２はノンアロイコンタクト層のみ別の気相成長装置でエピタキシャル成長したもの（本発明）である。
【００４３】
図３にはＥｐｉ／Ｓｕｂ界面にキャリアのピークが所々発生しているのに対し、図２においては発生していない。
【００４４】
ノンアロイコンタクト層１６のみ別の気相成長装置で成長すれば、すべての条件において有効であり、また同じ気相成長装置を使用して成長する場合は３００μｍ以上のダミーデポを成長後にノンアロイコンタクト層を成長すれば図２のように界面ピークが発生しない。
【００４５】
本発明ではノンアロイコンタクト層付きのＨＥＭＴ構造であるがＨＢＴ、ＦＥＴへも応用も期待できる。
【００４６】
以上、本発明は、Ｅｐｉ／Ｓｕｂ界面のｎ型ドーパントのメモリー効果を最小にすることによりリーク電流の低減ができ、このエピウェハを使用してプロセスしたデバイス製品は最小限の電力で駆動できるため省エネルギー化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の方法で製造するＨＥＭＴの一実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明において、ノンアロイコンタクト層のみ別の気相成長装置で成長したＨＥＭＴのキャリアプロファイルを示す図である。
【図３】本発明の比較例として、すべてのエピタキシャル層が同じ気相成長装置で成長したＨＥＭＴのキャリアプロファイルを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  基板
１１  バッファ層
１２  チャネル層
１３  スペーサ層
１４  電子供給層
１５  コンタクト層
１６  ノンアロイコンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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